2017年中國(guó)燃料電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析

　　一、燃料電池行業(yè)發(fā)展概況分析

　　1、燃料電池行業(yè)發(fā)展歷程

　　早在20世紀(jì)50年代，我國(guó)就開(kāi)展燃料電池方面的研究，在燃料電池關(guān)鍵材料、關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新方面取得了許多的突破。政府十分注重燃料電池的研究開(kāi)發(fā)，陸續(xù)開(kāi)發(fā)出30kW級(jí)氫氧燃料電極、燃料電池電動(dòng)汽車等。燃料電池技術(shù)特別是質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，相繼開(kāi)發(fā)出60kW、75kW等多種規(guī)格的質(zhì)子交換膜燃料電池組；開(kāi)發(fā)出電動(dòng)轎車用凈輸出40kW、城市客車用凈輸出100kW燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，使中國(guó)的燃料電池技術(shù)跨入世界先進(jìn)國(guó)家行列。

　　“七五”期間，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所1990年承擔(dān)了中科院PEMFC研究任務(wù)，1993年開(kāi)始進(jìn)行直接甲醇質(zhì)子交換膜燃料電池（DMDC）的研究。電力工業(yè)部哈爾濱電站成套設(shè)備研究所于1991年研制出由7個(gè)單電池組成的MCFC原理性電池。

　　“八五”期間，中科院大連化學(xué)物理所、上海硅酸鹽研究所、化工冶金研究所及清華大學(xué)等國(guó)內(nèi)十幾個(gè)單位進(jìn)行了與SOFC有關(guān)的研究。

　　“九五”期間，國(guó)家科技部與中科院將燃料電池技術(shù)列入當(dāng)期科技攻關(guān)計(jì)劃，投資規(guī)模逾1億元，開(kāi)始進(jìn)入燃料電池研究的第二個(gè)高潮時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期，質(zhì)子交換膜燃料電池被列為重點(diǎn)，以大連化學(xué)物理研究所為牽頭單位，在中國(guó)全面開(kāi)展了質(zhì)子交換膜燃料電池的電池材料與電池系統(tǒng)的研究，并組裝了多臺(tái)百瓦、1kw-2kw、5kw和25kw電池組與電池系統(tǒng)。5kw電池組包括內(nèi)增濕部分其重量比功率為100W/kg，體積比功率為300W/L。

　　“十五”期間，我國(guó)“863”計(jì)劃曾撥款8.8億元用于支持混合電動(dòng)車和燃料電池汽車的研發(fā)；主要承擔(dān)單位包括大連化學(xué)物理研究所、同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)和上海神力科技公司、上海燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)有限公司、北京世紀(jì)富源燃料電池有限公司、北京飛馳綠能技術(shù)有限公司以及大連新源動(dòng)力有限公司等。與此同時(shí)，“973”計(jì)劃撥款約3000萬(wàn)元用于儲(chǔ)氫技術(shù)、質(zhì)子交換膜和催化劑的研發(fā)；主要承擔(dān)單位包括清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院，浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、香港大學(xué)等。也正是在這個(gè)時(shí)期，中國(guó)已與全球環(huán)境基金/聯(lián)合國(guó)發(fā)展計(jì)劃署成立了燃料電池合作項(xiàng)目，共同提供約1.98萬(wàn)美元的資金支持中國(guó)燃料電池項(xiàng)目開(kāi)發(fā)。

　　“十一五”期間，我國(guó)“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃和科技支撐計(jì)劃等重大科技項(xiàng)目對(duì)制氫、儲(chǔ)氫和加氫技術(shù)、燃料電池及其部件和原材料技術(shù)的研發(fā)繼續(xù)給予經(jīng)費(fèi)支持。其中，燃料電池技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容包括：質(zhì)子交換膜燃料電池低鉑載量膜電極技術(shù)；質(zhì)子交換膜燃料電池水平衡氣體擴(kuò)散層技術(shù)；陰極支撐型中溫固體氧化物燃料電池技術(shù)；熔融碳酸鹽燃料電池關(guān)鍵技術(shù)；其他新型燃料電池技術(shù)。

　　“十二五”期間，我國(guó)規(guī)劃要加快推進(jìn)水電、核電建設(shè)，積極有序做好風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能等可再生能源的轉(zhuǎn)化利用，要確保到2015年非化石能源消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的比重達(dá)到11%以上，為實(shí)現(xiàn)2020年非化石能源消費(fèi)比重占一次能源消費(fèi)比重達(dá)15%和單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%的目標(biāo)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　我國(guó)對(duì)質(zhì)子交換膜燃料電池的各個(gè)組件的開(kāi)發(fā)研究都取得了較大的進(jìn)展：

　　其中，對(duì)于催化劑方面：清華大學(xué)科研人員研制出新型鉑/碳電極催化劑。將碳載體在使用前置于一氧化碳中活化處理，即將碳載體置于流動(dòng)的一氧化碳?xì)庵屑訜岬?50~900℃，活化處理l~12h，再用沉淀法把Pt負(fù)載到碳載體上，得到Pt/C催化劑；長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研制出納米級(jí)高活性電催化劑用作陽(yáng)極催化劑。

　　該催化劑粒度均勻，粒徑約（4±0.5）nm，電化學(xué)性能優(yōu)于國(guó)際同類產(chǎn)品；復(fù)旦大學(xué)利用沉淀方法在表面活性劑存在時(shí)，制得納米負(fù)載壁鉑/碳催化劑，該催化劑使用效果非常好此外，我國(guó)科研人員在研究催化劑時(shí)普遍把粉末狀活性炭加入氯鉑酸溶液，再加入過(guò)量甲醛還原，反應(yīng)中采用軟脂酸、硬脂酸或硅油作為表面活性劑，摻雜組分是Pd、Ir、Ru等金屬元素或非金屬物質(zhì)之一。

　　在電極組合件方面：北京世紀(jì)富原燃料電池有限公司開(kāi)發(fā)出橫板涂敷法，在一片質(zhì)子交換膜上制作多個(gè)膜電極的燃料電池，由一片質(zhì)子交換膜、多個(gè)催化層和多個(gè)擴(kuò)散層組成多個(gè)膜電極，由多個(gè)膜電極和多個(gè)導(dǎo)流板組成多個(gè)發(fā)電單元；北京太陽(yáng)能新技術(shù)公司研制出陶瓷型無(wú)機(jī)復(fù)合材料厚膜電極，材料中組分質(zhì)量百分含量分別為：石墨25％~30％、Ag25％~30％、PbO30％~35％、BO6％~8％、SiO22％~4％，將金屬或非金屬與導(dǎo)電粉末等氧化物組成的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑摻合、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、形成微觀網(wǎng)絡(luò)式導(dǎo)電通道。

　　在質(zhì)子交換膜方面：清華大學(xué)研制出聚偏氟乙烯接枝聚苯乙烯磺酸PEM。聚偏氟乙烯溶于甲基吡咯烷酮溶劑中，將該高分子溶液加熱至甲基吡咯烷酮的沸騰溫度，在該溫度下回流0.5~5h，溫度降至90℃，然后向溶液中加入引發(fā)劑，在90℃保溫1~5h后降至室溫，再向溶液中加入三氯甲烷，直至不溶性固體全部沉淀，將固體取出，加引發(fā)劑，再經(jīng)處理便制得此種質(zhì)子交換膜。

　　在雙極板方面：天津電源研究所研制出實(shí)用新型雙極板，它包括金屬板氣體反應(yīng)區(qū)域、氣體進(jìn)口、氣體出口。金屬板上、下面氣體反應(yīng)區(qū)域周圍分別設(shè)有凹槽，氣體進(jìn)口、氣體出口與氣體反應(yīng)區(qū)域之間分別設(shè)置有暗孔道。該設(shè)計(jì)改善了電池組的密封性，延長(zhǎng)了其壽命，提高了性能；大連化學(xué)物理研究所研制出的雙極板由3層薄金屬板構(gòu)成，中間為導(dǎo)電流不透氣液的分隔板，兩邊分別置有帶條狀溝槽的導(dǎo)流板，條狀溝槽占整個(gè)工作面積的50％~80%。這種新穎的設(shè)計(jì)提高了反應(yīng)氣的利用率，從而提高了電池性能。

　　在電解質(zhì)方面：吉林大學(xué)研制出固體復(fù)合電解質(zhì)，它由基體材料Ce1-xRexO2-d和Ni、Al、Co、Na、Ca、K的金屬化合物或NiAl化合物添加劑合成，經(jīng)過(guò)混合、研磨、燒結(jié)、冷卻、粉碎、研磨等工藝制成。它是用模具直接壓制成薄片，燒結(jié)后強(qiáng)度可達(dá)到10MPa。用它作PEMFC電解質(zhì)，可使用甲醇、乙醇、甲烷和乙烷等多種燃料；上海交通大學(xué)研制出新型電解質(zhì)—帶磺酸鹽側(cè)基、羧酸鹽側(cè)基的聚芳醚酮，該聚合物可作為PEM的陽(yáng)離子組分。

　　2、制約燃料電池行業(yè)發(fā)展的因素

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　　高成本是制約燃料電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。燃料電池成本中占比最高的是燃料電池組，其次是氫燃料罐和電池配件。如果未來(lái)要實(shí)現(xiàn)燃料電池商業(yè)化，并與內(nèi)燃機(jī)汽車進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，那么燃料電池組的成本必須下降，其中主要涉及三個(gè)關(guān)鍵部件的成本，包括：鉑催化劑、電解質(zhì)膜和雙極板。

　　 鉑催化劑?，F(xiàn)在的燃料電池組都使用金屬鉑作為催化劑，在未來(lái)十年內(nèi)很可能依舊如此。電極載鉑量過(guò)高一直是阻礙燃料電池發(fā)展的重要因素。鉑金具有稀缺性，而鉑金行業(yè)利潤(rùn)較低、產(chǎn)量不穩(wěn)定。在這些不利因素的影響下，鉑金的價(jià)格未來(lái)不會(huì)降低。為了降低成本，需進(jìn)一步降低鉑催化劑的使用量，并尋求廉價(jià)的替代催化劑。

　　電解質(zhì)膜?，F(xiàn)在汽車應(yīng)用中最常見(jiàn)的質(zhì)子交換膜是全氟磺酸膜（PFSAs），這種交換膜具有較強(qiáng)的氧化和還原穩(wěn)定性。全氟磺酸聚合物通常被稱作納菲薄膜。目前燃料電池所用的納菲薄膜主要依靠進(jìn)口，其價(jià)格在600美元/平方米左右。因此，為盡早實(shí)現(xiàn)燃料電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，降低質(zhì)子交換膜的價(jià)格迫在眉睫。

　　雙極板。目前質(zhì)子交換膜燃料電池最常使用的雙極板是不透性石墨材料。主要是由于在燃料電池環(huán)境下，石墨的耐腐蝕性能最好，但是其制作成本較高：制造石墨雙極板需經(jīng)過(guò)2500℃以上的石墨化，并需經(jīng)過(guò)多次浸漬、炭化處理以達(dá)到不透性。而且由塊狀石墨加工成雙極板，需采用精密的機(jī)械加工，加工成本也過(guò)高，加工時(shí)間長(zhǎng)，不易批量生產(chǎn)。因此，需進(jìn)一步改善替代金屬雙極板的性能，實(shí)現(xiàn)制備精度高、成本低、壽命長(zhǎng)等需求。

　　氫燃料罐和電池配件。氫燃料罐的成本較高，從成本和小型輕量化的角度來(lái)看，需開(kāi)發(fā)組合使用輕量低成本氫儲(chǔ)藏材料和高壓氫燃料罐。而電池配件方面，也可與純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車共同使用其他零部件，從而削減高昂成本。

　　（二）燃料來(lái)源

　　燃料電池的類型有很多，其中氫能燃料電池研發(fā)的首要問(wèn)題，就是解決氫氣來(lái)源，也就是如何廉價(jià)制氫。傳統(tǒng)工業(yè)制氫的方法以化石材料制氫、電解水制氫為主。而隨著對(duì)大規(guī)模制氫需求的提高，生物制氫、熱化學(xué)制氫和太陽(yáng)光催化光解制氫等方法也獲得廣泛應(yīng)用。

　　從成本角度來(lái)看，在燃料電池推廣初期，應(yīng)以分散式制氫為主，可進(jìn)一步控制成本，且使用便利。但隨著未來(lái)燃料電池規(guī)?；l(fā)展之后，集中制氫的成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì)將會(huì)進(jìn)一步突出。

　　（三）配套設(shè)施

　　燃料電池汽車的推廣，其中最主要的制約因素是配套設(shè)施的缺失，即加氫站的覆蓋率過(guò)小，而其高昂的建設(shè)成本也使得加氫站的建設(shè)只能作為試驗(yàn)性經(jīng)營(yíng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全球范圍內(nèi)新增27個(gè)加氫站，加氫站總數(shù)達(dá)到208個(gè)，其中歐洲80個(gè)、亞洲49個(gè)、北美76個(gè)、南美3個(gè)，但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足燃料電池產(chǎn)業(yè)化推廣的要求。

　?。ㄋ模﹥?chǔ)藏與安全

　　通常氫氣以三種形態(tài)存儲(chǔ)和運(yùn)輸：高壓氣態(tài)、液態(tài)和氫化物狀態(tài)。短期內(nèi)，高壓罐儲(chǔ)氫仍是主要?dú)錃鈨?chǔ)存運(yùn)輸手段。但從長(zhǎng)期來(lái)看，更需要具備高儲(chǔ)氫容量、高安全性、吸/放氫速率快、長(zhǎng)壽命和低成本的儲(chǔ)氫材料。因此，輕質(zhì)儲(chǔ)氫材料、有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫材料等低壓或常壓儲(chǔ)氫材料將成為未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

　　3、燃料電池行業(yè)發(fā)展主要特點(diǎn)

　?。?）技術(shù)是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性因素

　　燃料電池技術(shù)目前重點(diǎn)用于公共交通領(lǐng)域。燃料電池車輛與其他車輛相比，具有自身的優(yōu)點(diǎn)。例如，柴油機(jī)的噪聲和顆粒物排放問(wèn)題較為突出，壓縮天然氣車也有噪聲和成本的問(wèn)題，電動(dòng)車充電時(shí)間和行駛里程數(shù)受限。相比之下，燃料電池車輛的電池不需要頻繁更換，而且對(duì)環(huán)境更為友好。

　　據(jù)了解，氫燃料電池目前已經(jīng)用于商用汽車。豐田汽車公司的氫燃料電池汽車“未來(lái)”一經(jīng)推出就引發(fā)了廣泛關(guān)注，大眾汽車公司不久前也研發(fā)出了試驗(yàn)用氫燃料電池汽車。日本、德國(guó)、美國(guó)等一些國(guó)家正在試驗(yàn)第二代燃料電池。

　　盡管如此，燃料電池目前仍未進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，主要在于兩大瓶頸：成本和技術(shù)。MacEwen坦言，燃料電池成本雖已降至2006年的1/10，但仍有下降的空間，目前的電池技術(shù)本身也有需要改進(jìn)之處。

　?。?）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚不完善

　　政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)還不完備。燃料電池汽車的安全性根據(jù)什么法規(guī)來(lái)認(rèn)證、氫的存儲(chǔ)與運(yùn)輸應(yīng)符合什么標(biāo)準(zhǔn)等等都受到標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)滯后的限制。另外，燃料電池技術(shù)仍然是在發(fā)展之中，這也給標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)的制定帶來(lái)一定的難度。

　　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化已成為一個(gè)行業(yè)是否成熟發(fā)展的方向標(biāo)。目前我國(guó)尚未建立系統(tǒng)的新能源汽車的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅僅出臺(tái)了關(guān)于新能源汽車的測(cè)試、性能、安全穩(wěn)定等相關(guān)方面的規(guī)定，其他方面如核心零部件的標(biāo)準(zhǔn)，電池的壽命，動(dòng)力耦合技術(shù)的具體標(biāo)準(zhǔn)都亟待建立和進(jìn)一步完善。

　?。?）燃料電池汽車尚處于產(chǎn)業(yè)化起步階段

　　目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的燃料電池汽車主要以示范車為主，一般用在特殊場(chǎng)合展示、旅游觀光代步，還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)化。國(guó)際市場(chǎng)上雖然有部分燃料電池車在商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，但仍以出租車為主。

　　燃料電池車的高昂成本使其短期內(nèi)很難走向市場(chǎng)。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上展示的3輛燃料電池客車，每輛客車的成本300多萬(wàn)元，而目前公交系統(tǒng)進(jìn)口的歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)低地板大客車售價(jià)僅在100多萬(wàn)元。從市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度講，高成本很難完成市場(chǎng)化推廣，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化就不可能大規(guī)模批量生產(chǎn)，進(jìn)而成本就無(wú)法降下來(lái)，最終導(dǎo)致成本與銷售的惡性循環(huán)。

　　據(jù)了解，通用公司曾提出，要成為第一家銷售100萬(wàn)輛燃料電池汽車的公司，并致力于2010年以后生產(chǎn)出大眾能承受得起的燃料電池汽車。但這也只是一個(gè)設(shè)想，距離真正的實(shí)現(xiàn)還需要很多條件。

　　現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)除進(jìn)口燃料電池公共汽車外，在燃料電池汽車方面主要是由大學(xué)及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，還沒(méi)有一套成熟的技術(shù)作為生產(chǎn)廠家批量生產(chǎn)使用。一位不愿透露姓名的業(yè)內(nèi)人士稱，燃料電池轎車的研發(fā)和投產(chǎn)比燃料電池客車更難，既需要成熟的技術(shù)，還要有更加完備的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　對(duì)于行駛范圍廣泛、不固定的轎車而言，如果在其行駛途中不能及時(shí)找到加氫站，那么轎車就不如牛車。然而基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，既涉及城市規(guī)劃、交通、電力等問(wèn)題，又要解決投資和經(jīng)營(yíng)者的獲利問(wèn)題，同時(shí)還要有效解決加氫的核心技術(shù)和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。對(duì)于有一定行駛區(qū)間的公交車而言，這個(gè)問(wèn)題可能容易解決，但是對(duì)于私家車而言要解決這些問(wèn)題就任重而道遠(yuǎn)了。

　　如果說(shuō)技術(shù)和成本是科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)通過(guò)努力可以自行解決的問(wèn)題，那么相應(yīng)的配套設(shè)施建設(shè)則不是舉一人之力可以完成的，需要國(guó)家政策、產(chǎn)業(yè)鏈條、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面的準(zhǔn)備，并及時(shí)制定完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

　?。?）政策支持是行業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

　　國(guó)務(wù)院：支持動(dòng)力電池、燃料電池新能源車發(fā)展

　　促進(jìn)新能源和小排量汽車發(fā)展，淘汰超標(biāo)排放汽車，有利于緩解能源與環(huán)境壓力、推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和消費(fèi)升級(jí)、培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

　　一是完善新能源汽車扶持政策，支持動(dòng)力電池、燃料電池汽車等研發(fā)，開(kāi)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范試點(diǎn)。機(jī)關(guān)企事業(yè)單位要落實(shí)車輛更新中新能源汽車占比要求，加大對(duì)新增及更新公交車中新能源汽車比例的考核力度，對(duì)不達(dá)標(biāo)地區(qū)要扣減燃油和運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼。創(chuàng)新分時(shí)租賃、車輛共享等運(yùn)營(yíng)模式。各地不得對(duì)新能源汽車實(shí)行限行、限購(gòu)，已實(shí)行的應(yīng)當(dāng)取消。

　　二是從2015年10月1日到2016年12月31日，對(duì)購(gòu)買1.6升及以下排量乘用車實(shí)施減半征收車輛購(gòu)置稅的優(yōu)惠政策。

　　三是加快淘汰營(yíng)運(yùn)黃標(biāo)車，開(kāi)展清理整頓專項(xiàng)行動(dòng)。對(duì)進(jìn)度嚴(yán)重滯后省份要強(qiáng)化問(wèn)責(zé)。在現(xiàn)有資金支持基礎(chǔ)上，允許地方政府將盤(pán)活的財(cái)政存量資金用于推動(dòng)淘汰工作。確保完成到2017年全國(guó)基本淘汰黃標(biāo)車任務(wù)。

　　（5）主要汽車生產(chǎn)商不斷推出燃料電池汽車

　　2008年至今，車載燃料電池系統(tǒng)的成本下降50%以上，性能已能滿足整車要求，燃料電池汽車作為概念車的歷史正式終結(jié)。2014年，現(xiàn)代途勝燃料電池汽車和豐田新款燃料電池汽車Mirai上市；2015年開(kāi)始，本田、通用、福特、奔馳等都將在3年內(nèi)推出量產(chǎn)車型。

　　近期關(guān)于燃料電池的事件性驅(qū)動(dòng)不斷，2015年第十六屆上海國(guó)際汽車展落幕，共展出汽車1334輛，其中新能源車103款。本次車展以“創(chuàng)新，升級(jí)”為主題，集中展示科技進(jìn)步如何為汽車工業(yè)發(fā)展開(kāi)辟?gòu)V闊前景。譬如，豐田氫燃料FV2概念車充電3分鐘可續(xù)航500千米，并且行駛時(shí)排放物只有水，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳污染物零排放；上汽集團(tuán)展示的第四代氫燃料950插電式混合動(dòng)力轎車加氫3-5分鐘，能行駛400千米，時(shí)速可達(dá)160千米。

　　大眾旗下奧迪汽車公司宣布，開(kāi)始與德國(guó)燃料電池公司Sunfire合作生產(chǎn)車用新型燃料“e-燃油”，它由水、二氧化碳和氫氣制成。和汽油這類化石燃料不同，奧迪的這種合成燃料不會(huì)增加任何碳排放，因?yàn)樵蟻?lái)自大氣中現(xiàn)成的二氧化碳。雖然這不是碳中性燃料首次出現(xiàn)，但奧迪生產(chǎn)燃料的Dresden工廠得到了德國(guó)政府的支持，所以這一進(jìn)展可以視為開(kāi)發(fā)清潔能源的里程碑。

　　二、燃料電池行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀分析

　　1、燃料電池行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模

　　2015年我國(guó)燃料電池行業(yè)出貨量約10.5MW，同比2014年的9.2MW增長(zhǎng)了14.13%，近幾年我國(guó)燃料電池行業(yè)出貨量情況如下圖所示：

2010-2015年中國(guó)燃料電池行業(yè)出貨量走勢(shì)

　　2、燃料電池行業(yè)盈利水平

　　目前，國(guó)外企業(yè)PlugPower（PEMFC燃料電池系統(tǒng)集成商）的毛利率水平已經(jīng)達(dá)到了27%左右，國(guó)內(nèi)燃料電池生產(chǎn)企業(yè)平均毛利率在15%左右。

　　3、燃料電池行業(yè)成本構(gòu)成

　　工業(yè)化和商業(yè)化的絕大多數(shù)問(wèn)題都可以歸結(jié)到成本之上，燃料電池亦不例外。近10年來(lái)，燃料電池的成本控制一直是研究機(jī)構(gòu)和實(shí)業(yè)界最重要的目標(biāo)之一。孜孜不倦的努力也取得了回報(bào)，基于2013年的技術(shù)水平，在年產(chǎn)50000套的規(guī)模下，車用80kW功率的PEMFC燃料電池成本降低到55美元/kW（請(qǐng)注意上述各種約束條件！），較之2002年的275美元/kW下降了80%，距離2017年30美元/kW的目標(biāo)僅數(shù)步之遙（對(duì)此需要指明兩點(diǎn)：其一，30美元/kW的成本在2008年左右還是2015年計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)；其二，2012年成本估算曾經(jīng)低至47美元/kW，但基于更嚴(yán)格的熱排放指標(biāo)和最新的Pt金屬價(jià)格，這一估算在2013年被調(diào)高了）。

　　不過(guò)必須指明的是，55美元/kW的成本估算源自美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的模型估算而非工業(yè)企業(yè)的實(shí)際情況，這一點(diǎn)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)常受到誤解。可作為工業(yè)參照的是，Ballard目前最新的動(dòng)力燃電系統(tǒng)售價(jià)1.5萬(wàn)美元左右（應(yīng)當(dāng)是80-100kW電池系統(tǒng)），考慮其合理利潤(rùn)需求，實(shí)際成本應(yīng)當(dāng)不會(huì)顯著低于100美元/kW。

　　進(jìn)一步地，我們對(duì)燃料電池成本模型的下降路線進(jìn)行略微深入的分析：2010年之前，催化劑Pt密度的降低對(duì)于成本下降的貢獻(xiàn)非常明顯，但2010年之后似乎到達(dá)了極限（0.2g/kW），甚至有所回升，燃料電池成本下行的速度也明顯減緩，此后的成本壓縮基本都來(lái)自系統(tǒng)成本中非催化劑方面的壓縮，而2013年P(guān)t價(jià)格假設(shè)大幅上調(diào)之后，燃料電池成本顯著反彈。足見(jiàn)通過(guò)降低Pt含量壓縮成本的路徑可能暫時(shí)遭遇了阻礙，在沒(méi)有顯著技術(shù)突破之前，2017年實(shí)現(xiàn)30美元/kW的電池成本挑戰(zhàn)不小。

燃料電池系統(tǒng)成本估算中的細(xì)節(jié)參數(shù)

　　固定式燃料電池系統(tǒng)成本顯著高于車用燃料電池，DOE為小型CHP系統(tǒng)燃料電池設(shè)定的成本目標(biāo)是到2020年實(shí)現(xiàn)1500美元/kW。而基于2013年的水平，只需要通過(guò)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模即可能將成本控制到2000美元/kW以下，根據(jù)估算，如果能夠?qū)⒅圃炜刂圃?000美元/kW以下，固定式燃料電池就足以在沒(méi)有任何補(bǔ)貼的情況下獲得推廣（熱電聯(lián)供系統(tǒng)和輔助電源的推廣成本區(qū)間分別在450-650美元和500-700美元/kW）。

固定式燃料電池成本

　　占總成本近半的Pt催化劑是影響燃料電池成本的核心因素。目前領(lǐng)先的工業(yè)化水平下每100kW燃料電池催化劑消耗Pt在30g左右（略高于DOE測(cè)算的理論水平）。以汽車為例，按功率100kW計(jì)，單車Pt的需求量為30g，合單車催化劑成本超過(guò)8000元人民幣。

　　不過(guò)不應(yīng)當(dāng)忽略的一點(diǎn)是燃油車的尾氣清潔催化劑同樣對(duì)Pt存在需求，目前的水平大約在5-10g/輛。

　　因此在目前技術(shù)水平下，使用燃料電池汽車取代燃油車的Pt消耗增量在20-25g/輛。2020年全球100萬(wàn)輛燃料電池車保有量預(yù)期對(duì)應(yīng)20-25噸Pt；中長(zhǎng)期看，若燃電汽車實(shí)現(xiàn)10%的保有率和20%的年產(chǎn)量占比，對(duì)應(yīng)的Pt保有需求超過(guò)2000噸，考慮固定電站等其他應(yīng)用，總需求量不低于4000噸，超過(guò)全球Pt資源量的1/4；而燃電汽車生產(chǎn)的年P(guān)t需求將達(dá)到4-50噸（插一句閑話，這還比不上中國(guó)一年用來(lái)做首飾的Pt消耗多，2013年這個(gè)數(shù)字是59噸，愛(ài)美之心是環(huán)保大敵），差不多也占全球年消費(fèi)的1/4左右；無(wú)論從經(jīng)濟(jì)還是資源的角度都難以承受。

　　目前，減少燃料電池Pt含量的手段主要是改進(jìn)催化劑結(jié)構(gòu)（例如使用包覆Pt的顆粒取代純Pt顆粒）或者改進(jìn)催化劑配方。其最終優(yōu)化目標(biāo)是在2020年左右將催化劑Pt需求量控制在5g/100kW，一旦實(shí)現(xiàn)這一單耗目標(biāo)并解決報(bào)廢系統(tǒng)Pt回收問(wèn)題，則燃電和燃油車對(duì)Pt的消耗基本在同一水平，產(chǎn)品替代不再產(chǎn)生Pt需求增量，Pt的成本和資源限制將不再是問(wèn)題。

燃料電池催化劑Pt減量技術(shù)路線圖及成本控制預(yù)期

　　4、燃料電池行業(yè)成本走勢(shì)

　　催化劑決定了電池組系成本的主要部分，而對(duì)于由電池組及壓縮機(jī)、加濕器及其他配件構(gòu)成的整體燃料電池系統(tǒng)而言，以壓縮機(jī)為主的其他組件同樣尚有成本壓縮空間。從49美元/kW到30美元/kW的成本下降預(yù)期路徑中，電池組和其他組件成本基本各占一半。最后，在量產(chǎn)假設(shè)下的充分?jǐn)偙〕杀緲?gòu)成中，材料以外的成本約占1/4。燃料電池成本的下行依賴從基礎(chǔ)科學(xué)到工程優(yōu)化的系統(tǒng)努力，任重道遠(yuǎn)。